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使用LabVIEW、 NI VeriStand 和INERTIA 開發(fā)基于模型的測功機(jī),實(shí)現(xiàn)整車仿真

2018-02-27 15:28:01·  
　
我們使用NI VeriStand來配置我們的測試系統(tǒng)，無需從頭開始開發(fā)測試架構(gòu)，因此顯著地減少了開發(fā)時間。- Miguel Allende Marcos,Tecnalia ResearchInnovation挑戰(zhàn):開發(fā)一個易于配置的模塊化車輛模型和測試系統(tǒng)，應(yīng)用于基于模型的測功機(jī)，并快速地部署車輛控制系統(tǒng)。解決方案:使用NI LabVIEW作為仿真軟件，并使用NI Veristand
"我們使用NI VeriStand來配置我們的測試系統(tǒng)，無需從頭開始開發(fā)測試架構(gòu)，因此顯著地減少了開發(fā)時間。"
- Miguel Allende Marcos, Tecnalia Research & Innovation 
挑戰(zhàn):
開發(fā)一個易于配置的模塊化車輛模型和測試系統(tǒng)，應(yīng)用于基于模型的測功機(jī)，并快速地部署車輛控制系統(tǒng)。
 
解決方案:
使用NI LabVIEW作為仿真軟件，并使用NI Veristand軟件和INERTIA插件，開發(fā)一個綜合測試系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)激勵生成、數(shù)據(jù)記錄和報表生成。
 
 
作者:
Miguel Allende Marcos - Tecnalia Research & Innovation 
Iñaki Iglesias - Tecnalia Research & Innovation
Adrian Martin - Tecnalia Research & Innovation
Alberto Peña - Tecnalia Research & Innovation
 
Tecnalia是歐洲最大的私有研究、開發(fā)和創(chuàng)新公司之一，需要開發(fā)一套可以實(shí)現(xiàn)如下功能的工具：
 
1，在嵌入式軟件開發(fā)過程中，能夠從設(shè)計階段順利過渡至快速控制原型階段；
2，實(shí)現(xiàn)針對整車動力總成的高級控制策略測試；
 
我們首先開發(fā)了一套嵌入在實(shí)時系統(tǒng)中的“虛擬汽車”，能夠準(zhǔn)確地計算汽車在實(shí)際行駛過程中的各種變量。
 
我們決定將車輛模型劃分為多個子系統(tǒng)，如：發(fā)動機(jī)、傳動、車輪、底盤和制動子系統(tǒng)。這種劃分方式有幾個非常重要的優(yōu)點(diǎn)：我們?yōu)槊總€模型子系統(tǒng)的分配至對其最熟悉的開發(fā)人員，并且可以在每個新的子系統(tǒng)完成時分階段更新模型。采用這種模塊化的方法，當(dāng)某個真實(shí)的組件開發(fā)完成后，我們可以很容易地以其替換仿真的組件；而且用戶還可以切換至我們在其它環(huán)境中開發(fā)出的子系統(tǒng)。
 
我們的測試軟件需要如下能力：
  • 能夠集成各種子系統(tǒng)模型，開發(fā)一個與實(shí)時系統(tǒng)兼容的系統(tǒng)模型
  • 能在各種編程語言環(huán)境中編寫子系統(tǒng)模型
  • 能夠很容易地替換系統(tǒng)中的模型
  • 能夠很容易地使用真實(shí)的組件（開發(fā)完成后）替換子系統(tǒng)模型
  • 能夠進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄和報表生成
我們選擇了 NI VeriStand 作為測試軟件，因?yàn)樗軌驖M足所有上述需求，并且是現(xiàn)成可用的。我們使用NI VeriStand來配置我們的測試系統(tǒng)，無需從頭開始開發(fā)測試架構(gòu)，因此顯著地減少了開發(fā)時間。而且，我們可以將更多的時間用于測試和改進(jìn)模型。
 
應(yīng)用案例
 
此項目的目標(biāo)是更新一個現(xiàn)有的測試平臺，此平臺中包括完整的動力總成，含有電力牽引傳動系統(tǒng)，通過一個差動系統(tǒng)和兩個傳動軸連接至兩個車輪。我們使用Dynacar軟件開發(fā)了一個實(shí)時的“車輛在環(huán)”和“人在環(huán)”仿真系統(tǒng)。這些仿真系統(tǒng)為車輛的機(jī)械組件仿真車輛在真實(shí)道路上行駛時的速度和受到的應(yīng)力，從而幫助我們在試驗(yàn)室內(nèi)精確地測試嵌入式軟件，減少了道路測試的時間。
 
EM3代表系統(tǒng)的牽引驅(qū)動，EM1和EM2代表用于模擬阻力（輪胎與路面之間的接觸導(dǎo)致）的電機(jī)，牽引驅(qū)動需要根據(jù)驅(qū)動和環(huán)境參數(shù)克服阻力。
 
如下所示為此測試系統(tǒng)的要求：
執(zhí)行車輛模型軟件 (Dynacar) 更新速率：1 ms
通過控制器局域網(wǎng)絡(luò)（CAN）通信控制三個電機(jī) 更新速率：5 ms
實(shí)現(xiàn)輔助邏輯控制 更新速率：100 ms
管理關(guān)鍵報警 更新速率：1 ms
生成激勵用于自動測試 更新速率：10 ms
報表生成 無更新速率要求

我們使用NI VeriStan作為測試平臺，因?yàn)樗陨碇С侄嗪藞?zhí)行。例如：使用NI VeriStand，我們可以同時使用三個內(nèi)核執(zhí)行模型，從而確保1ms的更新速率，而第四個內(nèi)核可用于執(zhí)行其它功能，如報警管理和激勵生成等。將這些數(shù)據(jù)處理任務(wù)獨(dú)立出來，可以確保系統(tǒng)的實(shí)時性能。
 
通信與測試
 
我們通過CAN總線實(shí)現(xiàn)與三個驅(qū)動器的通信，選擇PXI-8512/2 模塊作為我們的I/O設(shè)備，傳輸CAN消息。這個模塊使用NI-XNET協(xié)議，包含直觀的API，可擴(kuò)展至自定義的消息。
 
我們的測試系統(tǒng)可用于實(shí)現(xiàn)手動的測試，并能夠?qū)崿F(xiàn)自動的實(shí)時測試。進(jìn)行手動測試時，操作者在虛擬環(huán)境中駕駛車輛，根據(jù)操作者的駕駛習(xí)慣，在各種場景中測試系統(tǒng)的響應(yīng)；進(jìn)行自動測試時，模型通過虛擬駕駛員進(jìn)行導(dǎo)航，遵從預(yù)先定義好的駕駛模式。兩種類型的測試都可以讓工程師測試特定的操作點(diǎn)，這在實(shí)際道路測試中是很難甚至無法實(shí)現(xiàn)的。
 
設(shè)置參數(shù)
 
我們使用LabVIEW 開發(fā)了一個GUI。使用GUI，根據(jù)測試的具體需要，配置模型參數(shù)。此模型包含多達(dá)150個可配置的參數(shù)，這樣可以仿真一系列的車輛、布置駕駛場景，并實(shí)現(xiàn)自動化的駕駛循環(huán)。
 
結(jié)論
 
Tecnalia 選擇 LabVIEW 和 NI VeriStand作為開發(fā)環(huán)境，開發(fā)車輛模型并在最終的測試系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)。這一開發(fā)環(huán)境能夠很容易地對硬件編程和交互，內(nèi)置多種協(xié)議支持。NI VeriStand具有運(yùn)行時可編輯的UI，可以讓用戶添加輸入控件、顯示控件和圖表，并實(shí)時記錄數(shù)據(jù)，無需停止運(yùn)行于PXI控制器的發(fā)動機(jī)模型。將Dynacar和NI工具相結(jié)合，幫助我們實(shí)現(xiàn)了最先進(jìn)的系統(tǒng)，用于開發(fā)和驗(yàn)證車輛的組件和控制器。
 
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